CN106917626A - 基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法 - Google Patents

基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法 Download PDF

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邵生俊
李骏
鹿忠刚
苗贺朝
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00—Drainage
    • E21F16/02—Drainage of tunnels

Abstract

本发明公开的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，包括以下步骤：首先，开挖前进行降水管路铺设，通过降水管路抽吸开采面的存水量，其次采用双导洞法开挖隧道，然后采用台阶法开挖中洞，最后拆除降水和支撑设备，完成隧道开挖。本发明施工方法通过将整个断面分割成若干个小断面分别开挖支护，同时增加了超前真空管降水井与管井相结合的降排水措施，从而实现洞内降水，达到隧道施工在无水环境中作业的条件；洞内降水措施降低隧道作业面的地下水位，使隧道施工在无水环境下作业，从而提高围岩稳定性，保证工程的质量与安全；同时，不妨碍原有隧道开挖施工工艺，可操作性好，降水范围仅限当前作业区域，有很好的实用价值。

Description

基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法
技术领域
本发明属于隧道施工方法技术领域，具体涉及一种基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法。
背景技术
目前在我国西部黄土地区正大量兴建高铁、高速等重要基础设施，在黄土地区修建隧道，经常会遇到隧道位于地下水位线以下，在饱和黄土地层中施工的情况。
饱和黄土围岩属工程地质条件很差的VI级围岩，其常呈软塑-流塑状态，围岩开挖后极易坍塌、变形，甚至出现地表下沉(陷)或坍塌至地表，为防止隧道开挖面渗水、涌水及提高围岩稳定性，保证施工进度、工程质量和安全，隧道施工必须在无水环境中作业，即提前降低施工范围内的地下水位。但位于饱和黄土地层的隧道埋深一般较大，且常穿越高低不平的山岭沟谷地区，地表降水方案难以实现；此外，由于注浆在黄土地层中的可注性差，浆液不能进行渗透扩散，所以在洞内实施注浆止水措施很难达到预期的堵水、止水效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，解决了现有饱和黄土隧道施工过程中，隧道内水压力较大、易渗透涌水、渗水的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，主要包括以下步骤：
步骤1，根据开挖区域分布情况，在隧道开挖面与掌子面之间从上到下设置不少于三排的超前真空降水井，每口超前真空降水井均通过集水管与排水总管接通；
步骤2，将真空泵与步骤1中的排水总管接通，抽吸掌子面前方土体内水分直至降水标准要求后，记录抽水量，开始采挖隧道；
步骤3，采用双导洞法开挖隧道，
步骤3.1，在按照标准采挖的隧道两侧导洞内均放置竖直方向的钢拱架临时支护和水平方向的临时横撑，并均在侧轮廓面喷涂混凝土层形成拱墙初期衬砌，
步骤3.2，完成步骤3.1拱墙初期衬砌后，当两侧导洞每施工完一层即向侧墙外设置不少于三排的侧墙真空降水井，在每个临时支护上均设置真空降水井，完成两侧导洞的采挖；
步骤4，沿步骤3.2采挖的导洞内纵向均匀分布管井，管井位于每个导洞拱底且抽吸地下水；
步骤5，采用上中下台阶法开挖隧道中洞，
步骤5.1，开挖中洞的上台阶部分，并在形成的拱顶上喷涂混凝土层形成拱顶初期衬砌，
步骤5.2，完成步骤5.1的上台阶部分后，开挖中洞的中台阶部分及下台阶部分，并在形成的仰拱上喷涂混凝土层形成仰拱初期衬砌，
步骤5.3，使步骤3.1的拱墙初期衬砌、步骤5.1的拱顶初期衬砌和仰拱初期衬砌连接呈并形成封闭的环状的初期衬砌；
步骤6，拆除步骤5.3中初期衬砌区段的临时支护和临时横撑，依次浇筑仰拱、拱墙和拱顶形成二次衬砌，隧道开挖过程中重复步骤1-5直至完成隧道采挖工作。
本发明的特征还在于，
步骤1的超前真空降水井分别位于分步开挖的各土层内，从上到下具体分布为：第一排超前真空降水井位于上台阶中部；第二排超前真空降水井位于中台阶平台面向下45-55cm处；第三排超前真空降水井位于下台阶平台面向下45-55cm处。
步骤1中的超前真空降水井均采用直径70-80mm、长度6.5-7.5m的钢管，每两个相邻的超前真空降水井之间的间距均为0.5-1.5m，每个超前真空降水井与水平面之间的夹角25°-35°。
步骤3.2中的侧墙真空降水井均采用直径30-34mm的钢管，侧墙真空降水井与超前真空降水井排数相同且每排位置相互平行，侧墙真空降水井从上到下具体为：上排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；中排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；下排长度为4.5-5.5m，与水平面55°-65°。
每排侧墙真空降水井沿隧道纵向均匀分布，每排相邻的侧墙真空降水井之间的间隔均为0.5-1.5m。
步骤3.2中真空降水井与第二排的超前真空降水井位置平行，真空降水井采用直径30-34mm的钢管、长度4.5-5.5m、与水平面夹角55°-65°，且真空降水井沿隧道纵向均匀分布，每相邻的真空降水井之间均为0.5-1.5m。
步骤4中的管井直径55-65cm、深度7.5-8.5m，每两个相邻的管井之间的距离均为7.5-8.5m。
管井包括由砾石层组成的井壁，管井内部设置有滤网，滤网下部依次连接有吸水管、无砂水泥管和沉砂管，吸水还接通位于井口的水泵。
本发明的有益效果是：本发明基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法通过将整个断面分割成若干个小断面分别开挖支护，同时增加了超前真空管降水井与管井相结合的降排水措施，从而实现洞内降水，达到隧道施工在无水环境中作业的条件；洞内降水措施降低隧道作业面附近一定范围内的地下水位，使隧道施工在无水环境下作业，从而提高围岩稳定性，保证工程的质量与安全；同时，不妨碍原有隧道开挖施工工艺，可操作性好，降水范围仅限当前作业区域，有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法的结构示意图；
图2是本发明图1中A-A截面的剖视图；
图3是本发明图1中B-B截面的剖视图；
图4是本发明基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法中管井的结构示意图。
图中，1.初期衬砌，2.二次衬砌，3.临时支护，4.临时横撑，5.超前真空降水井，6.集水管，7.排水总管，8.侧墙真空降水井，9.真空降水井，10.管井，11.水泵，12.砾石层，13.滤网，14.吸水管，15.无砂水泥管，16.沉砂管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
步骤1，根据开挖区域分布情况，如图2所示，在隧道开挖面与掌子面之间从上到下设置不少于三排的超前真空降水井5，每口超前真空降水井5均通过集水管6与排水总管7接通。
其中，超前真空降水井5分别位于分步开挖的各土层内，从上到下具体分布为：第一排超前真空降水井5位于上台阶中部；第二排超前真空降水井5位于中台阶平台面向下45-55cm处；第三排超前真空降水井5位于下台阶平台面向下45-55cm处。超前真空降水井5均采用直径70-80mm、长度6.5-7.5m的钢管，每两个相邻的超前真空降水井5之间的间距均为0.5-1.5m，每个超前真空降水井5与水平面之间的夹角25°-35°。
超前真空降水井5的施工方法采用套管顶进、水利冲刷排渣法，使用直径90mm的钻头打孔清水钻进，直径75mm钢套筒跟进，将套筒达到预定长度后停止钻进冲孔，超前真空降水井5均采用厚度3mm钢管、末端2m内钻梅花型进水孔，安装过滤网。
步骤2，将真空泵与步骤1中的排水总管7接通，抽吸掌子面前方土体内水分直至降水标准要求后，开始采挖隧道，其中，在抽吸过程中应持续记录抽水量。
步骤3，采用双导洞法开挖隧道
在按照标准采挖的隧道两侧导洞内均放置竖直方向的钢拱架临时支护3和水平方向的临时横撑4，并均在侧轮廓面喷涂混凝土层形成拱墙初期衬砌；为了防止水从已开挖隧道的侧墙补给、同时扩大降水范围并减轻地下水对隧道支护产生的侧压力，完成拱墙初期衬砌后，如图3所示，当两侧导洞每施工完一层即向侧墙外设置不少于三排的侧墙真空降水井8；同时为了降低后续中洞下部土体含水量，在每个临时支护3上均设置真空降水井9，完成两侧导洞的采挖。
其中，侧墙真空降水井8均采用直径30-34mm的钢管，侧墙真空降水井8与超前真空降水井5排数相同且每排位置相互平行，侧墙真空降水井8从上到下具体为：上排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；中排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；下排长度为4.5-5.5m，与水平面55°-65°。每排侧墙真空降水井8沿隧道纵向均匀分布，每排相邻的侧墙真空降水井8之间的间隔均为0.5-1.5m。真空降水井9与第二排的超前真空降水井5位置平行，真空降水井9采用直径30-34mm的钢管、长度4.5-5.5m、与水平面夹角55°-65°，且真空降水井9沿隧道纵向均匀分布，每相邻的真空降水井9之间均为0.5-1.5m。每个侧墙真空降水井8和真空降水井9均与排水总管7相接通。
步骤4，为保证施工区段地下水位一直维持在仰拱面以下深度，当两侧导洞完成后，沿采挖的导洞内纵向均匀分布管井10，管井10位于每个导洞拱底且抽吸地下水。
其中，管井10直径55-65cm、深度7.5-8.5m，每两个相邻的管井10之间的距离均为7.5-8.5m。如图4所示，管井10包括由砾石层12组成的井壁，管井10内部设置有滤网13，滤网13下部依次连接有吸水管14、无砂水泥管15和沉砂管16，吸水管14还接通位于井口的水泵11。
施工方法采用反循环钻机成孔，成孔后下无砂水泥管15管外填砾石层12，然后用空压机洗井直至水清砂尽。
步骤5，采用上中下台阶法开挖隧道中洞
开挖中洞的上台阶部分，并在形成的拱顶上喷涂混凝土层形成拱顶初期衬砌；完成上台阶部分后，开挖中洞的中台阶部分及下台阶部分，并在形成的仰拱上喷涂混凝土层形成仰拱初期衬砌；使拱墙初期衬砌、拱顶初期衬砌和仰拱初期衬砌连接呈并形成封闭的环状的初期衬砌1。
步骤6，拆除初期衬砌1区段的临时支护3和临时横撑4，依次浇筑仰拱、拱墙和拱顶形成二次衬砌2，隧道往前开挖过程中，重复步骤1-5逐步向前进行降水，并撤离后方隧道施工完毕区段的降水措施，保证当前施工区段的无水状态。
本发明的施工方法通过将整个断面分割成若干个小断面分别开挖支护，同时增加了超前真空管降水井与管井降水相结合的降排水措施，从而实现洞内降水，达到隧道施工在无水环境中作业的条件；洞内降水措施降低隧道作业面附近一定范围内的地下水位，使隧道施工在无水环境下作业，从而提高围岩稳定性，保证工程的质量与安全；同时，不妨碍原有隧道开挖施工工艺，可操作性好，降水范围仅限当前作业区域，有很好的实用价值。

Claims (8)

1.基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据开挖区域分布情况，在隧道开挖面与掌子面之间从上到下设置不少于三排的超前真空降水井(5)，每口超前真空降水井(5)均通过集水管(6)与排水总管(7)接通；
步骤2，将真空泵与步骤1中的排水总管(7)接通，抽吸掌子面前方土体内水分直至降水标准要求后，记录抽水量，开始采挖隧道；
步骤3，采用双导洞法开挖隧道，
步骤3.1，在按照标准采挖的隧道两侧导洞内均放置竖直方向的钢拱架临时支护(3)和水平方向的临时横撑(4)，并均在侧轮廓面喷涂混凝土层形成拱墙初期衬砌，
步骤3.2，完成步骤3.1所述的拱墙初期衬砌后，当两侧导洞每施工完一层即向侧墙外设置不少于三排的侧墙真空降水井(8)，在每个临时支护(3)上均设置真空降水井(9)，完成两侧导洞的采挖；
步骤4，沿步骤3.2采挖的导洞内纵向均匀分布管井(10)，管井(10)位于每个导洞拱底且抽吸地下水；
步骤5，采用上中下台阶法开挖隧道中洞，
步骤5.1，开挖中洞的上台阶部分，并在形成的拱顶上喷涂混凝土层形成拱顶初期衬砌，
步骤5.2，完成步骤5.1的上台阶部分后，开挖中洞的中台阶部分及下台阶部分，并在形成的仰拱上喷涂混凝土层形成仰拱初期衬砌，
步骤5.3，使步骤3.1的拱墙初期衬砌、步骤5.1的拱顶初期衬砌和仰拱初期衬砌连接呈并形成封闭的环状的初期衬砌(1)；
步骤6，拆除步骤5.3中初期衬砌(1)区段的临时支护(3)和临时横撑(4)，依次浇筑仰拱、拱墙和拱顶形成二次衬砌(2)，隧道开挖过程中重复步骤1-5直至完成隧道采挖工作。
2.根据权利要求1所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，所述的步骤1的超前真空降水井(5)分别位于分步开挖的各土层内，从上到下具体分布为：第一排超前真空降水井(5)位于上台阶中部；第二排超前真空降水井(5)位于中台阶平台面向下45-55cm处；第三排超前真空降水井(5)位于下台阶平台面向下45-55cm处。
3.根据权利要求1所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，所述的步骤1中的超前真空降水井(5)均采用直径70-80mm、长度6.5-7.5m的钢管，每两个相邻的超前真空降水井(5)之间的间距均为0.5-1.5m，每个所述的超前真空降水井(5)与水平面之间的夹角25°-35°。
4.根据权利要求1所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，所述的步骤3.2中的侧墙真空降水井(8)均采用直径30-34mm的钢管，侧墙真空降水井(8)与超前真空降水井(5)排数相同且每排位置相互平行，侧墙真空降水井(8)从上到下具体为：上排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；中排长度为3.5-4.5m，与水平面夹角25°-35°；下排长度为4.5-5.5m，与水平面55°-65°。
5.根据权利要求4所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，每排所述的侧墙真空降水井(8)沿隧道纵向均匀分布，每排相邻的侧墙真空降水井(8)之间的间隔均为0.5-1.5m。
6.根据权利要求1所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，步骤3.2中所述的真空降水井(9)与第二排的超前真空降水井(5)位置平行，真空降水井(9)采用直径30-34mm的钢管、长度4.5-5.5m、与水平面夹角55°-65°，且真空降水井(9)沿隧道纵向均匀分布，每相邻的真空降水井(9)之间均为0.5-1.5m。
7.根据权利要求1所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，所述的步骤4中的管井(10)直径55-65cm、深度7.5-8.5m，每两个相邻的管井(10)之间的距离均为7.5-8.5m。
8.根据权利要求4所述的基于饱和黄土隧道的双侧壁洞内降水施工方法，其特征在于，所述的管井(10)包括由砾石层(12)组成的井壁，管井(10)内部设置有滤网(13)，滤网(13)下部依次连接有吸水管(14)、无砂水泥管(15)和沉砂管(16)，所述的吸水管(14)还接通位于井口的水泵(11)。
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